CN115028852A - 一种基于镧系元素LMOFs材料检测烟叶中山奈酚和槲皮素的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于镧系元素LMOFs材料检测烟叶中山奈酚和槲皮素的方法,在检测烟叶中山奈酚和槲皮素含量具有高灵敏度和高选择性。

Description

一种基于镧系元素LMOFs材料检测烟叶中山奈酚和槲皮素的 方法

技术领域

本发明属于烟叶黄酮类分子检测技术领域，具体涉及一种基于镧系元素LMOFs材料检测烟叶中山奈酚和槲皮素的方法。

背景技术

烟草作为我国重要的经济作物，近年来，随着中国签署《烟草控制框架公约》，意味着烟草的发展空间受到了很大限制，使得生产优质烟叶，降低有害成分，提高烟草产品品质日益重要。目前黄酮类分子如山奈酚(Kae)和槲皮素(Que)已被证实对烟草的生长发育、调制特性、烟叶色泽、烟气香吃味和烟气生理强度等起着重要作用。因此对Kae和Que的准确检测，对优质烟草品种筛选、选育提供数据支撑、评价烟草品质、指导卷烟配方设计具有重要意义。

在过去几十年里，对山奈酚和槲皮素的检测在学术领域引起了极大关注。已有多种分析方法用于检测Kae和Que，较成熟的方法有高效液相色谱法和液相色谱-串联质谱法。但液相色谱法不仅使用的设备昂贵、检测成本高、检测周期长，且需要专业人士操作，因此难以普及。如何实现对山奈酚和槲皮素的快速、高灵敏、高选择、低成本检测就成为现有技术中亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于镧系元素LMOFs材料IQBA-Yb，检测烟叶中山奈酚和槲皮素含量的新方法。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种镧系元素LMOFs材料制备方法，所述镧系元素LMOFs材料为IQBA-Yb，IQBA-Yb的制备方法为：

(1)IQBA的制备：

(2)IQBA-Yb的制备：

将IQBA、Yb(NO₃)₃·5H₂O、浓硝酸、N,N′-二甲基甲酰胺(DMF)的混合物放入反应器，固定反应器，在120-140℃的等温炉中加热60-90h；

将反应器从等温炉中移出，自然冷却到室温；

收集反应器内的棒状晶体，用DMF洗涤4-6次，并在50-70℃的真空炉中干燥20-28h。

进一步的；所述检测方法包括：IQBA-Yb探针溶液的制备、烟叶样品前处理、样品检测、标准曲线的制作。

进一步的；所述IQBA-Yb探针溶液的制备为：

将IQBA-Yb直接分散于己二酸二甲酯(DMA)中，制备储备液；再用DMA稀释IQBA-Yb探针储备液，得到探针溶液。

进一步的；所述烟叶样品前处理为：

烟末加入乙醇溶液中，进行振荡萃取，再用纤维素膜过滤，滤液在65℃下通过真空蒸发蒸干溶剂，再用DMA将残留物定容，得到待测样品溶液。

进一步的；所述样品检测为：

将待测样品溶液加入IQBA-Yb探针溶液，再超声处理获得稳定的悬浮液，使用467nm的激发波长，在900-1200nm的范围内记录和收集荧光光谱。

进一步的；所述标准曲线的制作：

将不同体积的Kae储备液和Que储备液加入IQBA-Yb探针溶液中，超声处理获得稳定的悬浮液，使用467nm的激发波长，在900-1200nm的范围内记录和收集荧光光谱。

备注：山奈酚的英文为Kae；

槲皮素的英文为Que；

二甲基乙酰胺的简称为DMA；

N,N′-二甲基甲酰胺的简称为DMF。

本发明所采用的百分数均为质量百分数，除非另有说明除外。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

1、提供一种基于镧系元素LMOFs材料IQBA-Yb检测烟叶中山奈酚和槲皮素含量的新方法，该方法能抗多种结构类似物及共存物的检测干扰，方法选择性好。

2、较现有报道的检测方法，该方法有着更宽的检测范围和更低的检出限，方法灵敏度高。

3、荧光光谱仪仅需1min便可完成激发波长下的荧光信号收集和记录，较液相色谱法(出峰时间平均为10min)，该方法检测快速。

4、与液相色谱法相比较，该方法所用仪器荧光光谱仪，设备便宜，操作简便，维护成本低。

附图说明

图1为本发明中，A为含Kae的IQBA-Yb在不同溶剂中的激发光谱(λem＝973nm)，B为含Que的IQBA-Yb在不同溶剂中的激发光谱(λem＝973nm)，C为含Kae的IQBA-Yb在不同溶剂的固态紫外-可见光谱，D为含Que的IQBA-Yb在不同溶剂的固态紫外-可见光谱。

图2为本发明中，A为在不同时间(λex＝467nm)，IQBA-Yb对Kae的反应在973nm的荧光强度，B为在不同时间(λex＝467nm)，IQBA-Yb对Que(10μM)的反应在973nm的荧光强度。

图3为本发明中，IQBA-Yb在DMA中的激发光谱(λem＝973nm)和(B)发射光谱(λex＝467nm)。在不同的有机溶剂中，IQBA-Yb在973nm处对(C)Kae和(D)Que浓度为10^-4μM的发光强度的比较。

图4为本发明中，IQBA-Yb探针在不同浓度下对Kae再反应的荧光光谱：A为0.04-12μM、B为12-70μM；C为IQBA-Yb在973nm处荧光强度与Kae浓度之间的线性关系；IQBA-Yb探针在不同浓度下对Que反应的荧光光谱；D为0.06-20μM和E为20-90μM；F为IQBA-Yb在973nm处荧光强度与Que浓度的线性关系(λex＝467nm)。

图5为本发明中，A为在DMA溶液中加入分析物(10^-4M)和一些黄酮类似物以及多酚(10^-3M)后，IQBA-Yb的标准化荧光强度(λex＝467nm)；B为加入一些黄酮类似物和多酚类物质(λex＝973nm)后IQBA-Yb的相应激发光谱；C为加入Kae(10^-4M)后IQBA-Yb的归一化强度(10^-3M)；D为加入Que(10^-4M)后IQBA-Yb的归一化强度(10^-3M)。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

一种镧系元素LMOFs材料制备方法，镧系元素LMOFs材料为IQBA-Yb，IQBA-Yb的制备方法为：

(1)IQBA的制备：

(2)IQBA-Yb的制备：

将IQBA、Yb(NO₃)₃·5H₂O、浓硝酸、DMF的混合物放入反应器，固定反应器，在120℃的等温炉中加热60h；

将反应器从等温炉中重新移出，自然冷却到室温；

收集棒状晶体，用DMF洗涤4次，并在50℃的真空炉中干燥20h；，以得到目标产物。

实施例2：

在实施1的基础上，一种镧系元素LMOFs材料制备方法，镧系元素LMOFs材料为IQBA-Yb，IQBA-Yb的制备方法为：

(1)IQBA的制备：

(2)IQBA-Yb的制备：

将IQBA、Yb(NO₃)₃·5H₂O、浓硝酸、DMF的混合物放入反应器，固定反应器，在120-140℃的等温炉中加热90h；

将反应器从等温炉中重新移出，自然冷却到室温；

收集棒状晶体，用DMF洗涤6次，并在70℃的真空炉中干燥28h，以得到目标产物。

实施例3：

在实施1-2的基础上，一种镧系元素LMOFs材料制备方法，镧系元素LMOFs材料为IQBA-Yb，IQBA-Yb的制备方法为：

(1)IQBA的制备：

(2)IQBA-Yb的制备：

将IQBA(14.8mg，0.0400mmol)、Yb(NO₃)₃·5H₂O(53.9mg，0.120mmol)、浓硝酸(2uL)、N,N′-二甲基甲酰胺(6mL)的混合物放入一个25毫升的热液反应器。固定反应器，并在130℃的等温炉中加热72h。随后，将反应器从等温炉中重新移出，自然冷却到室温。收集棒状晶体，用DMF洗涤5次，并在60℃的真空炉中干燥24h，产量：76％。

实施例4：

在实施3的基础上，将实施例3得到的IQBA-Yb晶体(270mg)与DMF(6mL)在球磨机中研磨了12h；

再进行烟叶中山奈酚和槲皮素的检测，检测方法包括：IQBA-Yb探针溶液的制备、烟叶样品前处理、样品检测、标准曲线的制作；

将IQBA-Yb直接分散于的DMA中，制备成浓度为5mg/mL的IQBA-Yb探针储备液；再用DMA稀释IQBA-Yb探针储备液(5mg/mL)，得到最终浓度为0.50mg/mL IQBA-Yb探针溶液。

准确适量烟末，加入80％乙醇溶液100mL，以150r/min振荡萃取30min，用0.22μm的纤维素膜过滤，滤液在65℃下通过真空蒸发蒸干溶剂，再用DMA将残留物定容到50mL后，得到待测样品溶液。

(4)样品检测

将待测样品溶液加入IQBA-Yb探针溶液中，再超声处理20min(若仅检测Que，超声6min)，以获得稳定的悬浮液，使用467nm的激发波长，在900-1200nm的范围内记录和收集荧光光谱。

(5)标准曲线的制作

将不同体积的Kae储备液和Que储备液(浓度为10^-4M)加入上述IQBA-Yb探针溶液中，超声处理20min，获得稳定的悬浮液，使用467nm的激发波长，在900-1200nm的范围内记录和收集荧光光谱。结果表明，在0.04-12μM和12-70μM范围内加入Kae溶液导致了线性发光增强反应。

线性回归方程可以表示为I＝3808.51+46767.09*C(R²＝0.9990)、I＝488928.99+4269.89*C(R²＝0.9867)。

此外，在0.06-20μM和20-90μM范围内，荧光强度(973nm处的I值)与Que的浓度之间也有良好的线性关系，

回归方程分别为I＝7762.74+11096.35*C(R²＝0.9954)、I＝175342.83+3613.68*C(R²＝0.9871)。

(6)待测液含量计算

将待测液测得的荧光信号值(973nm处的I值)和(467nm处的I值)，依次代入上述线性方程，反推出C含量，单位为μM。

激发波长的优化

考察IQBA-Yb在DMA介质中对Kae和Que的光谱反应。

从激发光谱中可以看出，IQBA-Yb没有显示出400nm以上的带子，一旦与Kae或Que相互作用，就会观察到一个宽而强烈的激发带延伸到550nm，最大激发峰出现在467nm(图3A)。如图3B所示，Kae或Que导致IQBA-Yb在467nm激发下的荧光增强。因此，选择467nm的激发波长来检测Kae和Que。

反应介质的优化

在检测系统中，如图3C和3D所示，研究IQBA-Yb与Kae和Que在不同溶剂中相互作用的荧光增强程度。它表明，当激发波长为467nm时，IQBA-Yb在DMA和DMF中与Kae和Que作用后在973nm处的荧光强度增强最大。而在其他溶剂中，IQBA-Yb拥有较差的反应性。此外，测量了IQBA-Yb与Kae和Que在不同溶剂中相互作用的激发光谱，如图1A和1B所示，激发峰的位置和形状是一致的，唯一的区别是强度。考虑到IQBA-Yb与Kae或Que(IQBA-Yb-Kae或IQBA-Yb-Que)在400-500nm范围内相互作用的吸光度没有太大差别，反应介质对荧光增强程度的影响可归因于IQBA-Yb本身的溶剂反应(图1C和1D)。因此，选择DMA作为Kae和Que检测的溶剂。

此外，荧光增强的稳定时间也得到了优化，以确保荧光数据的可用性和准确性。从图2可以清楚地看到，当MOF(IQBA-Yb)悬浮液中引入Kae或Que溶液(10μM)时，973nm处的荧光强度随着时间的推移逐渐变亮，并趋于饱和，当反应时间到20min或6min，达到平衡。因此，选择20min和6min作为检测Kae和Que的最佳反应时间。

方法的选择性

在实际应用中，传感器不仅要有高灵敏度，而且还要对传感目标具有高选择性。因此，我们进行了IQBA-Yb对一些黄酮类似物和多酚类物质的选择性实验，如山奈酚(kaempferol)、槲皮素(Quercetin)、杨梅素(Myricetin)、染料木素(Genistein)、木犀草素(Luteolin)、黄芩素(Baicalein)、芹菜素(Apigenin)、橙皮素(Hesperetin)、葛根素(Puerarin)、大豆黄酮(Daidzein)、儿茶素(Catechin)、表儿茶素(Epicatechin)等。如图5A和B所示，只有Kae和Que能在467nm的激发波长下有效地打开IQBA-Yb的发光，而其他化合物几乎没有影响。因此，IQBA-Yb对检测Kae或Que表现出高度的选择性，有望在实践中得到应用。考虑到敏感检测Kae或Que的前提是要消除其他物质的干扰。为了验证IQBA-Yb的抗干扰能力，研究中使用了不同的化合物，包括山奈酚(kaempferol)、槲皮素(Quercetin)、杨梅素(Myricetin)、染料木素(Genistein)、木犀草素(Luteolin)、黄芩素(Baicalein)、芹菜素(Apigenin)、橙皮素(Hesperetin)、葛根素(Puerarin)、大豆黄酮(Daidzein)、儿茶素(Catechin)、表儿茶素(Epicatechin)、葡萄糖(Glucose)、苏氨酸(Threonine)、谷氨酸盐(Glutamate)、氯化钾(KCl)和氯化钠(NaCl)作为干扰化合物。如图5C和D所示，荧光增强效果与单独由Kae或Que引起的荧光增强效果相似，证实了IQBA-Yb对Kae或Que的抗干扰能力。这些现象表明，IQBA-Yb对Kae或Que表现出良好的抗干扰能力和选择性。

线性范围和检出限

结果如图4所示，很明显，973nm处的荧光强度随着Kae或Que的加入量逐渐增加。同时，在0.04-12μM和12-70μM范围内加入Kae溶液导致了线性发光增强反应。线性回归方程可以表示为I＝3808.51+46767.09*C(R²＝0.9990)、I＝488928.99+4269.89*C(R²＝0.9867)。此外，在0.06-20μM和20-90μM范围内，荧光强度(I 973nm)与Que的浓度之间也有良好的线性关系，回归方程分别为I＝7762.74+11096.35*C(R²＝0.9954)、I＝175342.83+3613.68*C(R²＝0.9871)。Kae和Que的检测极限(LOD)分别低至0.01和0.06μM[单噪比(S/N)＝3]。

与已报道的检测方法相比较

为了验证该基于IQBA-Yb检测Kae和Que的方法优点，将目前的结果与已报道的检测方法进行了比较(表1和2)。结果表明：该方法比已报道的荧光方法检测范围更广，检出限更低，灵敏度更高。

表1该方法与现有报道方法检测Kae的比较

表2该方法与现有报道方法检测Que的比较

实际样品检测

将待测烟叶样品先用HPLC(高效液相色谱)测得样本原含量后，再用本发明方法进行Kae和Que检测，并进行加标回收，结果见表3和表4。从表可以看出，在检测烟叶样品时，各种加标的Kae和Que的回收率为98.0％～103.7％，相对标准偏差(RSD)为1.7％～3.9％，结果令人满意，表明该探针可用于烟叶样品中的Kae和Que的检测。

表3烟叶样品中Kae的检测(n＝3)

表4烟叶样品中Que的检测(n＝3)

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (6)

1.一种镧系元素LMOFs材料制备方法，其特征在于：所述镧系元素LMOFs材料为IQBA-Yb，IQBA-Yb的制备方法为：

(1)IQBA的制备：

(2)IQBA-Yb的制备：

将IQBA、Yb(NO₃)₃·5H₂O、浓硝酸、N,N′-二甲基甲酰胺的混合物放入反应器，固定反应器，在120-140℃的等温炉中加热60-90h；

将反应器从等温炉中移出，自然冷却到室温；

收集反应器内的棒状晶体，用DMF洗涤4-6次，并在50-70℃的真空炉中干燥20-28h。

2.使用权利要求1所述的材料在烟叶中山奈酚和槲皮素的检测方法，其特征在于：所述检测方法包括：IQBA-Yb探针溶液的制备、烟叶样品前处理、样品检测、标准曲线的制作。

3.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于：所述IQBA-Yb探针溶液的制备为：

将IQBA-Yb直接分散于的己二酸二甲酯中，制备储备液；再用DMA稀释IQBA-Yb探针储备液，得到探针溶液。

4.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于：所述烟叶样品前处理为：

烟末加入乙醇溶液中，进行振荡萃取，再用纤维素膜过滤，滤液在65℃下通过真空蒸发蒸干溶剂，再用DMA将残留物定容，得到待测样品溶液。

5.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于：所述样品检测为：

将待测样品溶液加入IQBA-Yb探针溶液，再超声处理获得稳定的悬浮液，使用467nm的激发波长，在900-1200nm的范围内记录和收集荧光光谱。

6.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于：所述标准曲线的制作：

将不同体积的Kae储备液和Que储备液加入IQBA-Yb探针溶液中，超声处理获得稳定的悬浮液，使用467nm的激发波长，在900-1200nm的范围内记录和收集荧光光谱。

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